ÉTUDE DE LA COMPOSANTE DE MODÉLISATION DE L’HYDRODYNAMIQUE ET DU TRANSPORT DE SÉDIMENTS AUX FINS

RÉSUMÉ

Nous avons réalisé l’Étude de la composante de modélisation de l’hydrodynamique et du transport de sédiments (« Étude de la composante de modélisation ») aux fins de l’Étude d’impact sur l’environnement (EIE) du pont-jetée de la rivière Petitcodiac conformément au mandat définitif approuvé à cette fin par le Comité de révision technique. L’étude a été conçue et exécutée en application des recommandations antérieures de l’atelier de travail tenu en mars 2002 sur la modélisation de cette rivière et de son estuaire.

L’équipe d’étude AMEC a recouru la modélisation numérique comme étant un des outils prévisionnels pouvant décrire les caractéristiques physiques à prévoir pour la rivière Petitcodiac tant en cas de statu quo qu’avec les « options du projet ». Comme autres moyens employés, mentionnons notamment l’expérience acquise par l’équipe d’étude AMEC du régime des eaux de cette rivière, les interviews menées auprès de gens connaissant bien le passé et l’évolution du cours d’eau, l’analyse de ses caractéristiques et de ses tendances dans le temps et leur projection dans l’avenir, ainsi que les données relationnelles empiriques, et les formulations en hydraulique et génie fluvial. Les prédictions issues de la modélisation numérique se situent au niveau « macro » (données représentatives de tronçons sur le cours d’eau plutôt que de lignes transversales ou de points); elles ont servi de complément aux autres outils prévisionnels à l’origine des conclusions tirées dans le rapport de l’EIE. Les modèles numériques nous ont fourni une résolution nécessaire à cette étude. Ils ne doivent donc pas été exploités dans des travaux de conception.

Pour simuler les conditions régnant dans l’estuaire et initier la modélisation numérique, nous établi des modèles conceptuels (bilan de masse) et préliminaires (nullidimensionnels et unidimensionnels). L’exercice de modélisation numérique s’est ensuite appuyé sur des modèles numériques unidimensionnels et bidimensionnels. Nous avons utilisé les modèles hydrodynamiques GEN1D et TELEMAC-2D et le modèle de transport de sédiments CUMBSED. Dans notre rapport, nous décrivons sommairement les hypothèses d’application de ces modèles à l’estuaire de la rivière Petitcodiac, ainsi que les limites de cette modélisation.

Nous avons réalisé un vaste programme de collecte de données et procédé à une analyse de données chronologiques en relation avec l’Étude de la composante de modélisation. L’étalonnage et la vérification des modèles hydrodynamiques se sont basés sur les événements suivants:

La qualité de l’étalonnage et de la vérification des modèles hydrodynamiques a été mesurée par leur capacité de prédiction des hautes eaux (niveau, heure d’arrivée). Dans cette étude, les valeurs de modélisation pour les prédictions relatives à l’estuaire de la rivière Petitcodiac ont varié de 1 % à 6 % des hauteurs observées et de 1 % à 2 % des heures d’arrivée observées. Ce sont des résultats qui se comparent bien à ceux des études publiées et de nombreuses autres études réalisées par les experts-conseils. Pour ces comparaisons, nous avons respectivement exprimé les différences en proportion de l’amplitude de marée (qui est d’environ 13 m au cap Hopewell et 7 m près de Moncton) et d’un cycle de marée de 745 minutes. Nous considérons comme satisfaisants aux fins de l’EIE (sections 8.1 et 8.2 du rapport de l’EIE) les résultats d’étalonnage et de vérification des modèles hydrodynamiques tant unidimensionnels que bidimensionnels.

L’étalonnage et la vérification des modèles de transport de sédiments se sont basés sur les événements suivants:

L’efficacité relative de l’exercice d’étalonnage et de vérification a été mesurée par la capacité des modèles de transport de sédiments à prévoir les variations d’aire transversale et de volume des eaux et des sédiments en amont d’une section. Il importe que les valeurs d’aire transversale (capacité d’écoulement) concordent étroitement, puisqu’elles influent sur l’écoulement des eaux et le transport des sédiments le long de la rivière (U.S. Army Corps of Engineers, 1993). Les valeurs prédites par les modèles de l’étude de l’estuaire de la rivière Petitcodiac se situent dans une marge de précision de 20 % des valeurs observées. Nous jugeons raisonnable l’exercice d’étalonnage et de vérification des modèles de transport de sédiments en une et deux dimensions compte tenu du type de modèles et, en particulier, de leur application à la prévision de l’évolution physique de l’estuaire à la suite de modifications du pont-jetée. Il faut dire que, dans cet estuaire, on peut observer un marnage et des concentrations de sédiments parmi les plus forts au monde.

Outre les simulations aux fins de cet étalonnage et de cette vérification, nous avons aussi considéré les scénarios suivants:

L’efficacité relative de la modélisation de ces deux scénarios à caractère purement hypothétique a été mesurée par la capacité des modèles à concorder avec l’entendement général de ce que serait l’évolution des 20 prochaines années sans modifications du pont-jetée ou ce qu’aurait été l’évolution probable des 40 dernières années sans le pont-jetée. Les prédictions de modélisation étaient assez bien en accord avec la conception générale.

Notre étude de la composante de modélisation a démontré que les modèles numériques pouvaient assez bien reproduire les observations et les mesures avant, pendant et après la construction du pont-jetée. On peut donc s’attendre à ce que ceux ci puissent, en complément des observations chronologiques et de l’analyse des tendances, prévoir l’évolution future de façon satisfaisante aux fins de l’EIE en cas de non-modifications du pont-jetée (statu quo) ou de l’implémentation d’une des « options du projet ».

Nous avons modélisé les quatre scénarios suivants de manière à couvrir toutes les possibilités de l’évolution de l’estuaire associée au statu quo et aux options du projet, selon la description de Niles (2001) et la version définitive des instructions relatives à l’EIE (MEGLNB, 2002). Ces scénarios ne correspondent pas exactement aux options du projet, car celles-ci ont été arrêtées à un stade ultérieur. Nous présentons dans le rapport les liens entre les scénarios de modélisation et les options du projet. Le modèle bidimensionnel de transport de sédiments a servi à étayer les résultats à court terme du modèle unidimensionnel. Nous avons employé ce dernier pour évaluer, selon ces scénarios, la sédimentation et l’érosion à long terme (20 ans) dans l’estuaire de la rivière Petitcodiac:

Nous avons également modélisé la réaction du régime des eaux à des événements hydrologiques extrêmes afin d’évaluer les risques de débordement le long de l’estuaire. Les catégories suivantes d’événements ont été prises en considération dans cette évaluation:

Le modèle bidimensionnel de transport de sédiments a confirmé les résultats du modèle unidimensionnel à court terme (1 an) dans le cadre des scénarios 1 et 4. Les résultats à long terme de modélisation unidimensionnelle vont dans le sens de la perception générale d’un remblaiement continu du cours d’eau dans le cadre du scénario 1. Bien que paraissant déterminé dans sa largeur par la largeur fixe de l’ouvrage régulateur au pont-jetée, le chenal continuerait, d’après les résultats obtenus, à perdre de son aire transversale à cause de l’élévation du lit, plus particulièrement près de la courbe de Moncton. Dans ces conditions, un plus grand débordement des eaux est à prévoir. Il faut aussi dire que la formation d’un seuil élevé à Moncton pourrait influer directement sur la circulation des eaux et donc sur leur qualité entre le pont-jetée et Moncton.

Les résultats à long terme dans le cadre du scénario 4 (pont partiel) appuient également la perception générale que le chenal en aval de Dover puisse revenir à ses conditions « avant pont-jetée ». Près de la courbe de Moncton, le chenal s’élargit, car les eaux entailleraient les berges à Outhouse Point. L’explication en est que le prisme de marée s’étendrait plus en amont dans l’estuaire dans un tel scénario. Il reste que le seuil qui s’est formé (par accumulation de sédiments) à Moncton pourrait ne pas disparaître aussi facilement à mesure que s’élargit le cours d’eau. Ce point régulateur subsisterait et aurait plus particulièrement pour effet d’atténuer le mascaret à Moncton. On peut aussi prévoir que les marécages devant le site d’enfouissement du côté de Moncton ne subiraient pas d’érosion dans le cadre du scénario 4. En effet, à l’époque de l’aménagement du pont-jetée (hiver 1967 1968) où on a maintenu une ouverture de 200 m dans le remblai, on observait déjà des dépôts appréciables du côté de Moncton. La rivière ne devrait pas réagir différemment à une ouverture semblable du pont-jetée.

Les prédictions des événements hydrologiques extrêmes ne révèlent aucun risque de débordement des eaux l’hiver ni en aval ni en amont de l’emplacement actuel du pont-jetée dans le cadre du scénario 3. Il existe un risque dans le cadre du scénario 1. Il y a aussi un risque de débordement en cas de pluies abondantes en automne avec les forts débits qui s’ensuivent. Le danger s’accroît si un événement orageux est aussi présent et, dans ce cas, les eaux pourraient déborder le pont-jetée. Notre étude montre que, par des mesures préventives visant à limiter les effets de débordements par une stratégie optimisée de fonctionnement des vannes et une régulation optimale du niveau des eaux du réservoir d’amont selon la menace d’orage, on pourrait mieux régler le niveau de l’eau dans l’estuaire, à condition toutefois d’agir en temps utile. De même, le scénario 3 paraît avantageux, puisque, sans disparaître, les risques d’inondation diminuent considérablement en amont du pont-jetée.

Il convient de noter que, dans ces études, la modélisation prévisionnelle se borne à indiquer si les eaux pourraient déborder les berges à la suite d’un certain événement, mais non l’étendue de l’inondation au delà des berges.

Notre modélisation est jugée acceptable aux fins de l’EIE. Les programmes de collecte de données de terrain et de modélisation numérique ont été réalisés de façon à soutenir l’étude d’impact sur l’environnement, l’évaluation des effets et l’élaboration d’une stratégie d’application pour les options du projet. En ce sens, ils ont largement accru la compréhension de l’hydrodynamique et des caractéristiques de transport de sédiments de la rivière Petitcodiac.

Nous sommes parvenus à une résolution suffisante à l’analyse des effets grâce à la combinaison de la modélisation numérique et d’autres outils prévisionnels (analyses de tendances, formulations en hydraulique et observations chronologiques). Si les prévisions des caractéristiques du cours d’eau et de son estuaire par modélisation numérique sont exactes par leur convergence avec les données acquises par d’autres méthodes, le degré de précision atteint est celui qui est jugé acceptable pour une analyse d’incidence environnementale. Par contre, les produits de notre modélisation ne sont pas applicables à des situations où une plus grande précision s’impose, dans des études techniques par exemple. Dans de tels cas, il faudrait peut-être pousser les échantillonnages et les analyses pour la description des conditions physiques locales et du comportement de la rivière et de son estuaire ou encore appliquer une méthode de génie civil conservative pour établir les paramètres de conception. Les modèles numériques ne peuvent que nous aider à évaluer et à prévoir les tendances générales de l’évolution du cours d’eau en cas de réalisation des options du projet ou de maintien de la situation actuelle.

Comme nous le notons dans ce rapport, le régime des eaux est unique et dynamique (macromarées, grandes vitesses d’écoulement et fortes concentrations de matières solides en suspension) dans la rivière Petitcodiac. Nous avons formé diverses hypothèses en vue de caractériser et de simuler le comportement des eaux dans le contexte de l’EIE. Les hypothèses en question ont été jugées satisfaisantes et suffisantes aux fins de l’EIE, mais pour certains aspects on pourrait mener des recherches permettant de mieux définir un certain nombre de paramètres et de mécanismes et les façons possibles d’appréhender certaines caractéristiques physiques dans les modèles numériques. Ces éventuels domaines de recherche pourraient être les suivants:

TABLE DES MATIÈRES

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